Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος

Το ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από τα καλώδια λειτουργεί μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε οποιαδήποτε άλλη ενέργεια: θερμότητα, φως, μηχανική, χημική κ.λπ. Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ: Δράση ηλεκτρικού ρεύματος

Εάν εφαρμόζεται τάση ενός βολτ στον καταναλωτή ηλεκτρικής ενέργειας, σημαίνει ότι η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, μεταφέροντας ένα κρεμαστό ρεύμα μέσω του καταναλωτή, καταναλώνει ένα τζάουλ ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτήν.

Το ηλεκτρικό ρεύμα μετατρέπει αυτήν την ενέργεια σε άλλο τύπο ενέργειας, και ως εκ τούτου συνηθίζεται να λέμε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από τον καταναλωτή λειτουργεί... Η ποσότητα αυτού του έργου είναι ίση με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από την πηγή.

Ισχύς είναι η τιμή που χαρακτηρίζει την ταχύτητα με την οποία μετατροπή ενέργειαςή το ρυθμό με τον οποίο γίνεται η εργασία.

Στην πηγή EMF υπό την επίδραση χημικών δυνάμεων (σε πρωτεύουσες κυψέλες και μπαταρίες) ή ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων σε ηλεκτρικές γεννήτριες, γίνεται διαχωρισμός των φορτίων.

Εργασία που γίνεται από εξωτερικές δυνάμεις στην πηγή όταν το φορτίο μετακινείται μέσα ή, όπως λέγεται, "αναπτύσσεται" στην πηγή Ηλεκτρική ενέργεια, βρίσκεται με τον τύπο:

A = QE

Εάν η πηγή είναι κλειστή σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, τότε τα φορτία απελευθερώνονται συνεχώς σε αυτό και οι εξωτερικές δυνάμεις εξακολουθούν να λειτουργούν A = QE, ή δεδομένου ότι Q = It, A = EIt.

Από νόμος διατήρησης της ενέργειας Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μια πηγή EMF κατά το ίδιο χρονικό διάστημα «δαπανάται» (δηλαδή μετατρέπεται) σε άλλους τύπους ενέργειας στα τμήματα του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Μέρος της ενέργειας δαπανάται στο εξωτερικό τμήμα:

A1 = UQ = UIt,

όπου U είναι η τάση ακροδέκτη της πηγής, η οποία με το εξωτερικό κύκλωμα κλειστό δεν είναι πλέον ίση με το EMF.

Ένα άλλο μέρος της ενέργειας «χάνεται» (μετατρέπεται σε θερμότητα) μέσα στην πηγή:

A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt

Στον τελευταίο τύπο, Uo — αυτή είναι η διαφορά μεταξύ του EMF και της τάσης τερματικού της πηγής, η οποία ονομάζεται εσωτερική πτώση τάσης… Επομένως,

Uo = E — U,

που

E = U + Uo

δηλ. Το emf της πηγής είναι ίσο με το άθροισμα της τάσης ακροδεκτών και της εσωτερικής πτώσης τάσης.

Ενα παράδειγμα. Ο ηλεκτρικός βραστήρας είναι συνδεδεμένος σε δίκτυο 220 volt. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η ενέργεια που καταναλώνεται στον βραστήρα για 12 λεπτά, εάν το ρεύμα στο θερμαντικό στοιχείο του βραστήρα είναι 2,5 A.

A = 220 · 2,5 · 60 = 396000 J.

Η τιμή που χαρακτηρίζει τον ρυθμό με τον οποίο μετατρέπεται η ενέργεια ή ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται η εργασία ονομάζεται ισχύς (σημείωση P):

P = A / t

Η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι το έργο του ανά μονάδα χρόνου.

Η τιμή που χαρακτηρίζει τον ρυθμό με τον οποίο η μηχανική ή άλλη ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια σε μια πηγή ονομάζεται ισχύς γεννήτριας:

Pr = A / t = EIt / t = EI

Η τιμή που χαρακτηρίζει τον ρυθμό με τον οποίο ο μετασχηματισμός της ηλεκτρικής ενέργειας στα εξωτερικά τμήματα του κυκλώματος σε άλλους τύπους ενέργειας, που ονομάζεται ισχύς καταναλωτή:

P1 = A1 / t = UIt / t = UI

Η ισχύς που χαρακτηρίζει τη μη παραγωγική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, για παράδειγμα για απώλειες θερμότητας μέσα στη γεννήτρια, ονομάζεται απώλεια ισχύος:

Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η ισχύς της γεννήτριας είναι ίση με το άθροισμα των δυνάμεων. χρήστες και απώλειες:

Pr = P1 + Po

Μονάδες εργασίας και δύναμης

Η μονάδα ισχύος βρίσκεται από τον τύπο P = A / t = j / sec Ένα ηλεκτρικό ρεύμα αναπτύσσει ισχύ σε ένα watt εάν εκτελεί έργο ίσο με ένα joule κάθε δευτερόλεπτο.

Η μονάδα μέτρησης της ισχύος j / s ονομάζεται watt (ονομασία W), δηλ. 1 W = 1 j / s.

Από την άλλη πλευρά, από A = QE 1 J = 1 Kx l V, από όπου 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA, δηλαδή, το watt είναι η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος σε 1 A σε τάση 1 V .

Οι μεγαλύτερες μονάδες ισχύος είναι τα εκτοβάτ 1 GW = 100 W και τα κιλοβάτ — 1 kW = 103 W

Η ηλεκτρική ενέργεια υπολογίζεται συνήθως σε: βατώρες (Wh) ή πολλαπλές μονάδες: εκτοβατώρες (GWh) και κιλοβατώρες (kWh) 1 κιλοβατώρα = 3.600.000 τζάουλ.